Komprehensiv lösning för mikroprocessorbaserad skydd för stora generatorer

1. Översikt

Med elsystem som utvecklas mot högre parametrar, större kapaciteter och mer komplexa nätstrukturer är det säkra och stabila drift av genereringsenheter kritiskt för den totala nätets tillförlitlighet. Traditionella reläskydd enheter står inför utmaningar som blindzoner och otillräcklig känslighet vid hantering av komplexa interna generatorfel. Denna lösning använder avancerad mikroprocessorbaserad skyddsteknik, integrerar flerårig information och intelligenta algoritmer för att erbjuda ett snabbt, pålitligt och omfattande skyddssystem för stora generatorer (t.ex. termiska, kärnkrafts- och vattenkraftsanläggningar). Målet är att fullständigt eliminera skyddsblindzoner och säkerställa säkerheten för energiproduktionsanläggningar.

2. Kärnutmaningar

Stora generatorer står inför flera inre felhot under drift, inklusive:

• ​Statorvindningsfel: Fas-till-fas kortslut, spolarvridningskortslut och jordfel. Spolarvridningskortslut, särskilt, visar låga initiala felflöden, vilket gör dem svåra att upptäcka med traditionell transversal differentiell skydd på grund av inbyggda blindzoner.
• ​Rotorcirkuitsfel: Enpunktsjordfel, tvåpunktsjordfel och öppna eller kortslut i anspänningscirkuitet. Medan ett enpunktsjordfel kan tillåta fortsatt drift, kan dess framgång till ett tvåpunktsjordfel orsaka magnetisk asymmetri och allvarlig enhetsvibration.
• ​Avvikande driftförhållanden: Omvänt effekt, förlust av anspänning, överanspänning, överspänning och frekvensavvikelser. Även om dessa tillstånd inte är omedelbara fel, kan de allvarligt skada generatorn eller hota nätets stabilitet.

3. Detaljerad lösning

Vår mikroprocessorbaserade skyddslösning antar en hierarkisk distribuerad arkitektur. Kärnskyddsrölen integrerar en robust hårdvaruprocessorplattform med mogna skyddsalgoritmer, som beskrivs nedan:

3.1 För statorvridningskortslut: Multi-kriteriekomposit-skydd

För att hantera den tröga reaktionen från traditionellt transversalt differentiellt skydd på spolarvridningskortslut inom samma fas använder denna lösning en multi-kriteriefusionsbeslutningsalgoritm, vilket betydligt förbättrar detektionsreliabiliteten och känsligheten.

• ​Tekniska principer:
• Negativsekvens effektdirektionskriterium: Övervakar negativsekvensström och spänning vid generatoranslutningen för att beräkna riktningen för negativsekvens effekt. Inre asymmetriska fel (t.ex. spolarvridningskortslut) genererar en negativsekvenskälla, med effektriktning från generatorn till systemet, vilket möjliggör korrekt inre felidentifiering.
• Tredje harmoniska spänningens amplitudförändring kriterium: Följer amplitudförhållandet och fasforskjutningen mellan neutralpunktens och terminalens tredje harmoniska spänningar. Spolarvridningskortslut stör den inbyggda distributionsmönstret för tredje harmoniska spänningar, vilket detta kriterium är mycket känsligt för.
• Neutralpunktsförskjutningsvoltskriterium: Tjänar som en hjälp för att förbättra pålitligheten.
• ​Prestandafördelar:
• Hög känslighet: Kan identifiera mindre spolarvridningskortslut så lilla som 0,5%.
• Snabb operation: Full operationstid under 20 ms, vilket betydligt begränsar felskador.
• Hög pålitlighet: Flera kriterier arbetar i serie eller parallellt för att förhindra felaktig operation och undvika brist på operation.
• ​Case study: Efter genomförandet i en 500 MW kolgenerator, uppnådde lösningen 98% känslighet i identifiering av spolarvridningskortslut, lyckades förhindra stora utbränningar orsakade av små isolationsdefekter.

3.2 För 100% statorjordfelsskydd: Dubbelteknikfusionspositionering

Traditionellt grundläggande nollsekvens spänningsskydd visar blindzoner nära neutralpunkten. Denna lösning kombinerar två mogna teknologier för att uppnå 100% skyddsomfattning från terminalerna till neutralpunkten.

• ​Tekniska principer:
• Vanlig zon (85–95%): Använder tredje harmoniska spänningsförhållandemetod för att skydda de flesta statorvindningspartierna från neutralpunkten mot terminalerna.
• Blindzoners kompensation (nära neutralpunkten, 5–15%): Använder injektionsbaserat statorjordfelsskydd. En lågfrekvent (20 Hz eller 12,5 Hz) spänningssignal injiceras i rotorcirkuitet, och ändringar i injiceringsströmmen övervakas för att exakt beräkna isolationsmotstånd och felets plats, vilket helt eliminerar blindzoner nära neutralpunkten.
• ​Prestandafördelar:
• 100% täckning: Inga blindzoner, säkerställer fullständigt statorvindningsskydd.
• Precis lokalisering: Exakt fastställer jordfelplatser för målinriktad underhållsarbete.
• ​Case study: Vid en kärnkraftverk, lyckades lösningen hitta ett jordfel bara 3% från neutralpunkten, med mindre än 1% fel, vilket möjliggjorde planerat underhåll och undvek oplanerade driftstopp.

3.3 För rotorcirkuitshälsa: Dynamisk övervakning och tidig varning

Rotorcirkuitsfel, särskilt öppna roterande dioder, är vanliga dolda faror. Denna lösning flyttar från "efterfelsskydd" till "innan fel varning" genom realtidsövervakning.

• ​Tekniska principer:
• Högfrekventa strömspillror (CTs) eller dedikerade övervakningsmoduler installerade vid sliprings samlar in realtidsanvisningsströmsformer.
• Inbyggda algoritmer utför snabb fouriertransform (FFT) harmonianalys på strömmen.
• Öppna roterande dioder orsakar allvarlig distorsion av anvisningsströmsformen, vilket signifikant ökar karakteristiska harmonier (t.ex. femte harmoni).
• ​Prestandafördelar:
• Tidig varning: Ger varningar baserat på harmonihalt över gränser (t.ex. femte harmoni över 8%), uppmuntrar underhållsundersökningar av roterande rektifieringsbro innan fel uppstår.
• Förhindrar eskalation: Tidiga varningar förhindrar allvarliga olyckor som isoleringsskador på grund av anvisningsströmförlust och rotoröverhettning.
• Tillståndsberoende underhåll: Tillhandahåller kritiska data för prediktivt underhåll.

4. Sammanfattning och värde

Denna mikroprocessorbaserade skyddslösning integrerar avancerad sensor-teknologi, signalbehandlingsalgoritmer och flerkriterieintelligenta beslut för att hantera traditionella smärtor i generator-skydd:

• Eliminerar skyddsblindzoner, uppnår 100% täckning för statorvridningskortslut och jordfel.
• Omvandlar efterfelsskydd till före fel varning, förhindrar effektivt fel genom dynamisk rotorövervakning.
• Bekräftat av verkliga fall, erbjuder lösningen hög känslighet, hastighet och pålitlighet, uppfyller säkerhetskraven för stora och mega-generatorer (500 MW och över).